大型鐵路客站供電方案及可靠性分析

熊一帆 黎洪生 汪翊琪

摘 要：文章以北方地區(qū)某大型鐵路客站項(xiàng)目的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，通過多方案比選，對大型鐵路客站供配電系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了分析，闡述了鐵路客站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，總結(jié)了相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；方案比選；可靠性

隨著時(shí)代的發(fā)展和人民生活水平提高，國家及民眾對于鐵路交通越來越重視，各地區(qū)各類型的鐵路客站不斷興建，鐵路客站的建設(shè)成為近年來建筑行業(yè)的熱點(diǎn)?，F(xiàn)代鐵路客站人流量非常大，并且全天24小時(shí)無間斷運(yùn)營。設(shè)備昂貴，功能復(fù)雜，可靠性要求高，所以不允許出現(xiàn)電氣事故，否則可能對人身安全造成危害，同時(shí)也會使電力設(shè)備受到損壞，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。因大型鐵路客站的電氣設(shè)備種類及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性，以及大型鐵路交通設(shè)備的不斷創(chuàng)新和精細(xì)化，鐵路客站電氣設(shè)計(jì)的要求也越來越高[1]。鐵路客站電氣設(shè)計(jì)的可靠性和安全性是近年來電氣設(shè)計(jì)行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，提高其供配電可靠性的同時(shí)，保證其經(jīng)濟(jì)性將具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

1 大型客站的負(fù)荷分析

一級負(fù)荷、二級負(fù)荷和三級負(fù)荷的供電要求不同。一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，確保雙重電源不能同時(shí)損壞。二級負(fù)荷宜由兩回路供電。二級負(fù)荷也可以由一回路 6 kV以上的專用架空線路供電。三級負(fù)荷的供電沒有要求。

大型鐵路客站由于其建筑類型的特殊性，用電設(shè)備同樣多樣復(fù)雜，且對于供電要求很高，以某北方新建大型鐵路客站為例，該大型鐵路客站具有候車區(qū)域、售票區(qū)域、辦公區(qū)域和商務(wù)服務(wù)區(qū)域等，負(fù)荷類型包括機(jī)房設(shè)備、消防監(jiān)控設(shè)備、照明火災(zāi)報(bào)警設(shè)備、動(dòng)力空調(diào)等用電設(shè)備。經(jīng)過負(fù)荷計(jì)算與功率補(bǔ)償，最終確定的一級負(fù)荷主要包括站房的票務(wù)機(jī)房設(shè)備、綜合監(jiān)控室設(shè)備、旅服機(jī)房設(shè)備、消防及設(shè)備監(jiān)控室設(shè)備、進(jìn)站大廳安檢儀設(shè)備、進(jìn)出站閘機(jī)和自動(dòng)售票機(jī)設(shè)備、貴賓候車廳照明、應(yīng)急照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消防動(dòng)力設(shè)備等，其負(fù)荷容量為2 490 kW。二級負(fù)荷主要包括列車到發(fā)預(yù)告顯示系統(tǒng)、行包用設(shè)備、弱電機(jī)房設(shè)備配置的專用空調(diào)、生活水泵、潛污泵、客梯及扶梯、天溝融雪及電伴熱設(shè)備、公共區(qū)照明（含雨棚照明）、其他辦公區(qū)域及設(shè)備用房照明等，其負(fù)荷容量1 463 kW。三級負(fù)荷主要包括其他電力、空調(diào)負(fù)荷及一般照明，其負(fù)荷容量13 766 kW。

2 供電方案及可靠性分析

2.1 供電方案設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目擬從鐵路220/35/10 kV牽引變電站兩段不同10 kV母線段引來4路10 kV電源（編號分別為A、B、C、D），其中A、C進(jìn)線引自同一段母線，B、D進(jìn)線引自另一段母線。

一般常規(guī)的供電方案，由開閉所引出電源供電線路，在負(fù)荷側(cè)設(shè)置變配電所，經(jīng)過變配電所降壓然后向用電設(shè)備供電。目前新型的供電方式有直配供電，即從電廠直接以發(fā)電機(jī)電壓向用戶供電的變電站則稱為直配變電站。開閉所，其作用是把變電站送來的一路電源，通過在“開閉所”里設(shè)置的多臺開關(guān)柜，把電輸送到需要用電的若干個(gè)區(qū)域或不同的建筑物里，電壓不變。變配電所是電力網(wǎng)中的線路連接點(diǎn)，是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設(shè)施。它主要由主變壓器、配電裝置及測量、控制系統(tǒng)等構(gòu)成，是電網(wǎng)的重要組成部分和電能傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，對保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有舉足輕重的作用[2]。

供電設(shè)計(jì)的思路主要確定有以下3個(gè)方案[3-4]。

方案一為常規(guī)供電設(shè)計(jì)方案，由于大型鐵路客站的地理位置及負(fù)荷種類容量的特殊性，如果由開閉所向變配電所供電，需要專門設(shè)立一個(gè)10 kV開閉所，然后在鐵路客站內(nèi)設(shè)置4座10/0.4 kV的變配電所，分別負(fù)責(zé)北區(qū)非商業(yè)用電、北區(qū)商業(yè)用電、南區(qū)非商業(yè)用電和南區(qū)商業(yè)用電，由10 kV開閉所分別向4座10/0.4 kV變配電所供電。

方案二為方案一的改進(jìn)方案，同樣需要專門設(shè)立一個(gè)10 kV開閉所和四座10/0.4 kV的變配電所，與方案一不同的是，方案二由10 kV開閉所向4座10/0.4 kV變配電所直配供電，即從10 kV開閉所直接以發(fā)電機(jī)的電壓等級向4座10/0.4 kV變配電所中的用電設(shè)備供電，在10/0.4 kV變配電所中不再單獨(dú)設(shè)置母線。

方案三為不設(shè)立開閉所供電方案，同時(shí)只在南部區(qū)域和北部區(qū)域各設(shè)置一座10/0.4 kV的變配電所，每個(gè)10/0.4 kV變配電所均由兩路不同的供電電源供電。

2.2 供電方案的可靠性分析

通過以上設(shè)計(jì)的供電方案，根據(jù)各方案的區(qū)別，在分析各供電方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)時(shí)，總結(jié)需要考慮以下幾個(gè)因素。

（1）供電電源進(jìn)線集中，供電電源及設(shè)備種類一一配對會更方便計(jì)量，更容易管理。相反供電電源不集中，多供電電源對多種類設(shè)備交叉供電會導(dǎo)致計(jì)量和管理的不方便，需要采取其他措施計(jì)量管理，目前已經(jīng)有比較好的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)可以統(tǒng)一監(jiān)控管理。

（2）配電級數(shù)多會導(dǎo)致供配電系統(tǒng)更加復(fù)雜，供配電系統(tǒng)的可靠性會降低，同時(shí)不利于日后系統(tǒng)的擴(kuò)展及開關(guān)的選擇。配電級數(shù)少可靠性得到了提高，供配電系統(tǒng)覆蓋的范圍也會增大，所以一旦發(fā)生故障則影響范圍更大，要求很高的供電可靠性。

（3）供電電源回路供電負(fù)荷不均勻會導(dǎo)致負(fù)荷較大的回路對設(shè)備及材料的要求更高，老化損壞速度更快，同時(shí)供電負(fù)荷不均勻還會導(dǎo)致電能損耗增大，需要盡量避免。

（4）10 kV電壓等級的設(shè)備造價(jià)較高，體積較大，同時(shí)10 kV配電需要高壓電纜，費(fèi)用較高，且可能含有輻射影響。

通過方案比選，方案已設(shè)立了10 kV開閉所，由開閉所集中向4個(gè)10/0.4 kV變配電所供電，所以整個(gè)大型客站的用電情況可以在10 kV開閉所直接計(jì)量，也方便管理，但是方案一配電級數(shù)太多，供配電系統(tǒng)復(fù)雜，所以發(fā)生故障的可能性更高，供配電系統(tǒng)的可靠性較低，同時(shí)不利于日后系統(tǒng)的擴(kuò)展及開關(guān)的選擇，顯得很局限，所以不采用方案一。

方案二同樣也設(shè)立了10 kV開閉所，計(jì)量和管理也較為方便，與方案一不同的是，方案二的10/0.4 kV變配電所變壓器由10 kV開閉所直配供電，省去了10/0.4 kV變配電所的母線，因此減少了配電級數(shù)，避免了方案一配電級數(shù)較多的問題，但由于直配供電，10 kV的電壓等級需要被輸送到所有電系統(tǒng)的變壓器，電壓等級過高對設(shè)備及材料要求高，同時(shí)高壓電纜敷設(shè)范圍太大，數(shù)量太多也會有一定的輻射危害。方案二較方案一有明顯的改善，但是設(shè)備投資也相應(yīng)增大，經(jīng)濟(jì)性大大降低。

方案三則未設(shè)置開閉所，且在南北站房均只設(shè)一座綜合10/0.4 kV變配電所，節(jié)省了大量土地面積，同時(shí)兩個(gè)變配電所均由兩路不同的供電電源供電保證了其供電的可靠性，配電級數(shù)少，供配電系統(tǒng)簡單可靠，供電回路不再單獨(dú)為某一類設(shè)備供電，而是同時(shí)為變配電所內(nèi)設(shè)備供電，供電負(fù)荷更加均勻，由于級數(shù)少，高壓設(shè)備也相應(yīng)減少，大幅度減小了建設(shè)成本，唯一的不足就是10 kV電源進(jìn)線分散在南、北站房，鐵路客站的用電總負(fù)荷計(jì)量和管理不太方便，同時(shí)商業(yè)用電與站房其他用電共用10 kV配電，不能直接對商業(yè)用電的計(jì)量和統(tǒng)計(jì)，但是由于自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，統(tǒng)計(jì)和管理問題已經(jīng)得到了較好的解決，所以其他條件成為選擇供電方案的關(guān)鍵，可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好是方案三的主要特點(diǎn)，自動(dòng)化系統(tǒng)的利用占地面積小，投資建設(shè)費(fèi)用不高也是方案三的優(yōu)勢。

3 10 kV供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上供電方案的可靠性與經(jīng)濟(jì)性的分析，方案三由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、明了，供電可靠性高，且造價(jià)更低，本設(shè)計(jì)最終選用的供電方案三，體現(xiàn)了“簡單的才是可靠的”設(shè)計(jì)理念。由于南北區(qū)域變配電所供電電源相同，只有降壓變壓器容量不同，以北部區(qū)域?yàn)槔?，方案三?0 kV供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

4 結(jié)語

對于大型鐵路客站供電系統(tǒng)的管理、計(jì)量和其他操作簡單但很繁瑣且復(fù)雜，需要消耗大量人力等的問題在當(dāng)今自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展迅速的時(shí)代，已經(jīng)可以由自動(dòng)化系統(tǒng)解決，所以供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要義務(wù)就是能夠具有更高的供電可靠性，其次，需要考慮的是建設(shè)成本等問題[5]。本文的大型鐵路客站供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，已經(jīng)避免了很多老舊的設(shè)計(jì)問題，提高了供電可靠性。

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